商用車子午線輪胎硫化膠囊的設(shè)計、選型及使用

韓 菁，任世奪，于國鴻，王德志，曲家玉

[1. 浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300；2. 浦林成山（青島）工業(yè)研究設(shè)計有限公司，山東 青島 266000]

硫化膠囊是應(yīng)用硫化機(jī)硫化輪胎的工具，主要作用是將硫化介質(zhì)（如氮?dú)狻⒏邏赫羝龋┡c輪胎內(nèi)表面分離，同時將熱量和壓力傳遞到胎坯的內(nèi)表面，即能量的傳導(dǎo)體[1-2]。硫化膠囊質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響輪胎質(zhì)量和生產(chǎn)成本[3-4]。優(yōu)質(zhì)硫化膠囊的使用壽命滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，輪胎外觀合格率高；劣質(zhì)硫化膠囊則會導(dǎo)致輪胎外觀缺陷，如胎圈寬度不均勻、輪胎窩氣、輪胎內(nèi)表面打褶等，輪胎的外觀合格率低；更換硫化膠囊的次數(shù)增加會增加輪胎的生產(chǎn)成本。

我公司商用車子午線輪胎使用的硫化膠囊主要為B型硫化膠囊。本工作主要介紹商用車子午線輪胎B型硫化膠囊（以下簡稱硫化膠囊）的設(shè)計、選型和使用。

1 硫化膠囊的尺寸參數(shù)

硫化膠囊主要有以下相關(guān)尺寸參數(shù)（見圖1和2）：輪胎胎圈著合直徑（d）、膠囊夾緣內(nèi)徑（dB）、膠囊外徑（DB）、輪胎內(nèi)徑（dk）、膠囊高度（HB）、膠囊平臺高度（h）、膠囊冠直線和弧的切點到膠囊外緣的垂直距離（h1）、膠囊冠厚度（h2）、輪胎斷面內(nèi)輪廓周長（LT，圖1中A點與B點間的曲線長度）、膠囊的截面周長（LB）及拉伸后膠囊的截面周長（LJ，圖1中C-A-E-B-D間的曲線長度）。

圖1 硫化膠囊裝配示意

2 硫化膠囊的設(shè)計

2.1 參數(shù)設(shè)計

硫化膠囊的參數(shù)設(shè)計要充分滿足其與輪胎各延伸值的匹配性，并綜合考慮輪胎內(nèi)在質(zhì)量的均勻性和外觀質(zhì)量的合格率，與匹配產(chǎn)品圈口夾緣尺寸的匹配性、硫化膠囊的壽命及產(chǎn)品合格率。

2.1.1 徑向延伸

（1）dB的確定。dB必須小于d，一般dB的取值范圍為（0.7～0.82）d。

（2）DB的確定。為保證硫化膠囊的合格率，需結(jié)合丁基橡膠（IIR）硫化膠囊不耐熱撕裂的特點，考慮DB與dB比值的合理性來確定DB。

（3）硫化膠囊徑向延伸率（δD）的確定。δD計算式為

圖2 硫化膠囊尺寸示意

根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合現(xiàn)有硫化膠囊的δD，在實際生產(chǎn)中δD一般在1.15～1.25之間，DB太大，硫化膠囊在輪胎中無法拉伸到位，會增加硫化工的工作難度，也可能會出現(xiàn)因硫化膠囊打褶造成輪胎廢次品；DB太小，易達(dá)到硫化膠囊的拉伸極限，從而縮短硫化膠囊的使用壽命，也易出現(xiàn)輪胎窩氣廢次品。

2.1.2 周向延伸

（1）HB的確定。HB取值既要考慮匹配輪胎的截面延伸值、面積延伸，又要考慮硫化膠囊老化后胎坯的裝配難易程度。通常HB略小于胎坯的自然高度（H），一般載重輪胎H/HB取值在1.05～1.13之間；同時HB還決定著硫化膠囊的截面周長和面積，應(yīng)綜合考慮。

（2）硫化膠囊周向延伸率（δL）的確定。δL計算式為

式中，LAC為A，C兩點之間的距離。

事實證明，δL應(yīng)該盡可能小，沿輪胎內(nèi)輪廓的延伸率不應(yīng)超過20%，載重輪胎用B型膠囊的δL一般在1.08～1.18之間，重型載重輪胎用B型膠囊的δL一般在1.02～1.04之間。

（3）h的確定。h取值取決于匹配輪胎行駛面的寬度和成品輪胎材料分布圖內(nèi)輪廓兩胎肩圓心間距，同時在硫化膠囊匹配胎坯合模硫化過程中，盡可能滿足硫化膠囊處于自然狀態(tài)，滿足硫化膠囊兩肩部過渡弧圓心與成品輪胎胎肩內(nèi)圓圓心盡可能重合或在同一法線上。

硫化膠囊胎肩過渡圓弧半徑的取值參考匹配輪胎胎肩內(nèi)輪廓曲線半徑，同時考慮一個硫化膠囊硫化多個輪胎的特點，硫化膠囊胎肩過渡圓弧半徑偏大取值有利于硫化膠囊的適用廣泛性。

通過橫截面測量，成品輪胎胎肩內(nèi)圓弧中心間距等于h1，通過計算h和Ra，確定硫化膠囊肩部之間的弧長為L1，根據(jù)載重輪胎δL范圍，確認(rèn)延伸后弧長范圍。使用過的硫化膠囊可以通過以下方法進(jìn)行校準(zhǔn)：在硫化膠囊到胎冠中心的位置進(jìn)行校準(zhǔn)，并在硫化后從輪胎截面的中心位置，確認(rèn)h是否延伸（根據(jù)經(jīng)驗一般不延伸或延伸很小），然后計算并確認(rèn)延伸后弧長范圍。

綜上，當(dāng)h選定時，基本能實現(xiàn)硫化膠囊兩個肩部過渡弧圓心與成品輪胎胎肩內(nèi)圓圓心的重合或在同一法線上。

2.1.3 面積延伸

硫化膠囊的面積延伸用面積延伸率（δA）表示，計算式為

式中，Ak為輪胎內(nèi)輪廓總面積，AB為硫化膠囊外表面面積。

硫化膠囊的面積延伸應(yīng)盡可能小，倍耐力技術(shù)載重子午線輪胎的δA為1.25～1.70。

每一種橡膠配方均有其一定的極限延伸率，如果橡膠長時間超出其極限延伸率工作，則橡膠易被拉斷，導(dǎo)致橡膠制品受損；由于硫化膠囊多使用延伸率較低的飽和IIR為主體，再進(jìn)行注塑或模壓而成，因此，設(shè)計硫化膠囊時，其徑向延伸、周向延伸和面積延伸值均相對較小，硫化膠囊壽命相對較長。

2.2 排氣線設(shè)計

為了確保硫化膠囊裝入胎坯定型及合模后二次定型過程中，膠囊與胎坯之間的殘余空氣能夠順利排出，以免造成成品輪胎窩氣，硫化膠囊的外表面需要設(shè)計一定數(shù)量的氣體引導(dǎo)線。根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗，氣體引導(dǎo)線與硫化膠囊軸線成30°，沿圓周90等分，線寬1.0 mm，深0.8 mm，各氣體引導(dǎo)線間隔區(qū)域表面設(shè)計卵石花，有利于氣體全方位通過引導(dǎo)線導(dǎo)出。硫化膠囊表面排氣線類型主要有直線型、碎花型、直線與大碎花混合型和直線與小碎花混合型4種，如圖3所示。

目前硫化膠囊表面排氣線多采用直線與大碎花混合型和直線與小碎花混合型，且更傾向于后者。

2.3 厚度設(shè)計

輪胎硫化時，內(nèi)溫通過硫化膠囊傳遞至輪胎，為了提高輪胎的硫化效率，硫化膠囊不宜設(shè)計過厚；同時硫化膠囊過薄易造成早期損壞，壽命縮短，因此硫化膠囊的厚度一般根據(jù)輪胎規(guī)格尺寸和橡膠質(zhì)量的不同而變化。用于載重子午線輪胎的硫化膠囊厚度一般為6～12 mm。

2.4 脫模系數(shù)（γ）

γ計算式為

γ是膠囊設(shè)計中必不可少的參數(shù)，決定其大小的關(guān)鍵因素是dB和DB的取值。硫化膠囊設(shè)計中，如果γ過大，硫化膠囊合格率就會很低，或生產(chǎn)不出合格產(chǎn)品，各參數(shù)匹配再合適也是無效。因此，在硫化膠囊設(shè)計中必須考慮γ。倍耐力技術(shù)載重子午線輪胎硫化膠囊的γ一般控制在2.0～2.2之間。

2.5 配方設(shè)計

長期以來，輪胎硫化膠囊一直由IIR制造[5]，以異丁烯為單體的IIR用樹脂硫化后，耐高溫、抗氧化、抗水解性能得到提高。硫化膠囊的通用配方如下：IIR 96，氯丁橡膠（Neoprene W） 5.5，炭黑N330 51，蓖麻油 5.5，樹脂 10，氧化鋅5.5。

由于IIR的大分子主鏈上有不飽和烯烴，降低了硫化膠囊的抗氧化侵蝕能力；用IIR制作的硫化膠囊的使用次數(shù)多為200次左右。

研究表明，用溴化（異丁烯/p-甲基苯乙烯）共聚物（以下簡稱溴化共聚物）制作的硫化膠囊，其抗氧化能力和耐熱性能顯著提高。

溴化共聚物硫化膠囊的配方如下：溴化共聚物 105，炭黑N339 60，玉米油 10，石蠟 3，烷基酚醛樹脂（SP1045） 8，氧化鋅 6，硬脂酸0.5，硫黃 0.85，促進(jìn)劑MBTS 1.6，羥基碳酸鋁鎂（DHT4A2） 1.2。

結(jié)果表明，用溴化共聚物代替IIR，可以改善硫化體系，硫化膠囊的耐熱氧和耐蒸汽老化性能均有明顯提高，抗彎曲開裂性也有所提高，生熱降低，使用壽命比IIR硫化膠囊延長了10%～15%。

3 硫化膠囊的選型和使用

3.1 選型

硫化膠囊選型時要注意：硫化膠囊的外形與輪胎胎坯相匹配可增加膠囊使用次數(shù)，降低輪胎質(zhì)量缺陷。硫化膠囊的尺寸參數(shù)按前述原則進(jìn)行選擇。

3.2 使用

3.2.1 停放時間

硫化膠囊停放時間范圍為28～180 d。

3.2.2 儲存方式

儲存硫化膠囊時應(yīng)注意：在室溫環(huán)境下儲存，避光，避酸、堿、油及氧化性的化工品，遠(yuǎn)離尖銳物品，直立存放且最多垛兩層。

3.2.3 使用方法

（1）使用前應(yīng)預(yù)熱20 min以上，涂上膠囊隔離劑，且充氣膨脹收縮5次左右。

（2）定型高度、拉伸高度、定型壓力等硫化工藝參數(shù)設(shè)計應(yīng)合理。

（3）規(guī)定硫化膠囊的使用次數(shù)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)次數(shù)的硫化膠囊必須更換，以避免浪費(fèi)和不良產(chǎn)品的出現(xiàn)。

（4）建立膠囊隔離劑的合理噴涂周期，避免硫化膠囊過早老化或者粘囊。

（5）明確硫化膠囊與輪胎規(guī)格使用對照表，避免誤用。

（6）為延長硫化膠囊使用壽命，因生產(chǎn)調(diào)配原因?qū)τ诹蚧z囊使用次數(shù)小于100次，無其他外觀質(zhì)量問題的，可繼續(xù)使用，以減少浪費(fèi)，但需建立詳細(xì)的管理臺賬。

4 結(jié)語

通過對商用車子午線輪胎硫化膠囊各主要參數(shù)的設(shè)計、選型以及正確儲存和使用，可增加硫化膠囊的使用次數(shù)，提升輪胎外觀質(zhì)量，減少因硫化膠囊問題而產(chǎn)生的廢次品，滿足公司降低成本的需求。